DE1936425C - Kaltgewalztes, kohlenstoffarmes Trans formatorband mit (100) (001) Textur aus einer Eisen Silizium Legierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft kaltgewalzte, kohlenstoflarme Transformatorbander mit (10O)J(OOl)-TeXtUr. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfuhren zur Herstellung derselben.

Es ist bekannt, daß 1935 das Erscheinen von Transformatorbändem mit der sogenannten Goss-Textur einen bedeutenden Fortschritt in dem Transformatorbuu herbeiführte. Solehe Bonder sind am leichtesten in der Walzrichtung magnetisierbar; ihre magnetischen Eigenschaften sind in der Längsrichtung der Bänder besonders gut. So beträgt z. B, der Wattverlust K₁₀ eines Bandes von 0,35 mm Dicke nicht mehr als 0,48 W/kg, während seine Induktion in einem magnetischen Feld von 25 AW/cm fl_a6 = 18 900 G beträgt. ■' In der Querrichtung, d, h. senkrecht zur Walzrichtung, »5 sind jedoch die magnetischen Eigenschaften weniger vorteilhaft: der Waltverlust K₁₀ liegt bei 1,37 W/kg, während O₃₀ nur um etwa 12 200 G liegt. Wegen der schlechten magnetischen Eigenschuften in der Querrichtung können aus Transformatorbändern mit so Goss-Textur nur solche Transformatoren erzeugt werden, bei denen die Richtung der magnetischen Kraftlinien mit der Walzrichtung des Bandes übereinstimmt (z. B. Schnittbandkerne).

Es ist bekannt, daß sowohl bei kaltgewalzten als as auch bei warmgewalzten Transformatorbändern und -blechen mit isotropen magnetischen Eigenschaften die magnetischen Eigenschaften in der Walz- und Querrichtung nur wenig abweichen; doch sind die bei solchen Bändern erzielbaren optimalen magnetischen Eigenschaften wesentlich schlechter als die entsprechenden Eigenschaften von Bändern mit Goss-Textur: der Wattverlust K₁₀ beträgt 0,8 bis 1,5 W/kg, und die Induktion bei 25 AW/cm Feldstärke hat einen Wert von 14 500 G.

Für anspruchsvolle elektrotechnische Verwendungs zwecke sind die magnetischen Eigenschaften der isotropen Bänder und Bleche nicht ausreichend; derartige Ansprüche können nur durch Transformatorbänder mit (100): (OOl)-Textur befriedigt werden, die in zwei Richtungen, und zwar in der Walzrichtung und in der Querrichtung in der Blechebene am leichtesten magnetisierbar sind.

Transformatorbänder mit WUrfcltextur weisen zahlreiche Vorteile auf, von denen die folgenden besonders bedeutend sind:

(10O)J(OOl)-TeJUMr sind die nachstehend angeführten wichtigsten Verfahren bekannt:

(a) Eine 2,0 bis 4,0°/₀ Si oder statt eines Teiles der Si-Komponente Aluminium enthaltende Legierung, in welche noch 0,05 bis 0,3 °/o Mangan und etwas Nickel legiert werden kann, wird bis zu einer Dicke von etwa 3,0 mm warmgewalzt, danach mit drei bis fünf Zwischenglühungen bis zu 0,04 bis 0,20 mm kaltgewalzt und schließlich für längere Zeit (während mindestens 24 Stunden) bei 1200 bis 1300°C in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre von einem Taupunkt unterhalb -50" C warmbehandelt.

(b) Bekanntlich kann die Textur verbessert werden, indem man während der letzten Wärmebehandlung in der Nähe der Bandoberfläche Nickellegierungen oder nickellhaltige keramische Stoffe anordnet.

(c) Die Bildung der Textur kann auch derart geförder i werden, daß die letzten zwei Zwischenglühungen bei Temperaturen zwischen 1100 und 1300 C durchgeführt werden.

(d) Die Textur kann man vorteilhaft beeinflussen, indem man unter Einhaltung gewisser Bedingun gen der Gasatmosphäre im Laufe der letzten War mebehandlung eine geringe Menge von Schwefelwasserstoff zuführt.

(e) Bekanntlich können, von einem mit entsprechen den Methoden gerichteten kristallisierten Roh block ausgehend, nach zweckmäßig gewähltem Warmwalzen, darauffolgender Wärmebehandlung und mit Zwischenbehandlungen durchgeführtem Kaltwalzen Transformatorbänder mit (100):(001 )-Textur hergestellt werden, wenn während der letzten Wärmebehandlung eine trockene Wassersioffatmosphäre oder Vakuum angewendet wird.

(f) Zur Erzeugung eines Bandes mit (100): (001)-Textur kann man ein fertiges, Goss-texturiertes Band mit Zwischenglühung in zwei Stufen weiterwalzen, wonach die unter (a) beschriebene letzte Wärmebehandlung anzuwenden ist.

(g) Schließlich ist es bekannt, Silizium-Eisen-Bänder mit (100): (OOl)-Textur mittels der ursprünglichen Walzrichtung gegenüber 45°- oder 90 igem Walzen in der Blechebene zu erzeugen.

(u) Die magnetischen Eigenschaften sind überaus günstig; der Wattverlust K₁₀ beträgt sowohl in der Längs-, als auch in der Querrichtung 0,4 bis 0,6 W/kg, die Anfangspermeabilität (/<_fl) beträgt 1500 bis 50(10 Ci/Oe, und die maximale Permeabilität (/I₆) erreicht 25 000 bis 50 000 G/Oc.

(b) Die günstigen magnetischen Eigenschaften sind in der Längs- bzw. Querrichtung nahezu gleich, wodurch die Urzeugung der verschiedenen E-, U- und M-Kerne mit einfachen Methoden ermöglicht wird.

(c) Mittel der kaltgewalzten Transfornuilorbänder mil (IO()):(O()l)-Tcxtur können magnetische Eigenschaften erzielt werden, die mit jenen der45"/,)igcn l.ise-n-Nickel-l cgieriingen (z.B. Permalloy B) fjU-ichweriij! sind, wobei aber die Induktion die mit I isen-Mickel-l c|iicriiiigcn eizidbaren Werte \veit- !■L'heiiil iibeiliiHl.

/in I lei stellung von Bändern inul Blähen mit All diese bekannten Verfahren sind mit dem gemeinsamen Nachteil behaftet, daß sie ein sehr genaues.

Einhalten der Herstellungstechnologie erfordern. Schon ein geringes Abweichen im Walzsystem (Zahl der Verformungen, Ausmaß der einzelnen Verformungen) oder in den Zwischenglühungen oder geringfügige Änderungen im Gehalt an Verunreinigungen der Legierung beeinflussen weitgehend das Entstehen der Würfellcxlur. Auch der Umstand, daü bei gleicher Kornoricnticrung abweichende magnetische Eigenschaften entstehen können, gehört zu den Nachteilen der bekannten Verfahren. Eben aus diesen Gründen ist es sehr schwer, Transformalorbändcr mit (100): (001 !-Textur in industriellem Maßstab herzustellen.

Zweck der Erfindung ist es, unter Vermeiden der bedeutendsten Nachteile der bekannten Methoden, Transl'ormatorenhüiuler und ein Verfahren zu schallen, mit dessen Hilfe Traiisformatorbändcr mil(100):(001)-fextur einfach, billig und in Massenprodukten hergestellt werden können.

Gegenstand der Erfindung 1st ein kaltgewalztes, kohlenstofTarmes Transformatorenband mit (100): (OOl)-Textur aus einer Elsen-SillzlunvLegierung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus höchstens 4°/₀ Silizium, 0,0001 bis 0,20°/₀, vorzugsweise 0,04 bis 0,06 °/„ Gallium, O bis 0,5 °/„ vorzugsweise 0,2 bis 0,4"/o Nickel, O bis 0,5%, vorzugsweise 0,2 bis 0,3% Kupfer, Rest Eisen besteht.

Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen:

1. FuIIs man dem höchstens 4 Gewichtsprozent Si ^lq enthaltenden Stahl eine gewisse Menge von Gallium zusetzt, ändern sich die mngnetichen Eigenschaften der Eisen-Silizium-Legierungen äußerst vorteilhaft, die (100): (OOl)-Textur-Bildung wird stark erhöht, wobei aber das Material ^ls gegenüber den Abweichungen der Walz- und Wärmebehandlungstechnologien weniger empfindlich wird.

Von den zahlreichen günstigen Effekten des Legie- a° rens mit Gallium seien folgende erwähnt:

(a) Die Temperatur der primären Rekristallisation wird verändert.

(b) Die Anzahl der im Laufe der primären Rekristallisation entstandenen Körner in (100): (001)- Textur-Lage wird erhöht, so daß die sekundäre Rekristallisation demzufolge bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden kann, wodurch die Korngröße gleichmäßiger wird. AU dies wirkt günstig auf die magnetischen Eigenschaften, und die Menge der (100): (OOl)-textur-orientierten Körner erreicht 80 bis 90%.

(c) Wegen der Gegenwart der im Metall gelösten Galliumspuren werden im Laufe der letzten Wärmebehandlung die Kristalloberfläche- und Kristallgrenze-Energien erheblich geändert bzw. werden diese Werte in einer hinsichtlich der (100):(001)-Texturbildung günstigen Richtung beeinflußt.

(d) Wegen der Änderung der Zeitdauer der letzten Wärmebehandlung und gegebenenfalls Anwendung eines magnetischen Feldes während der Abkühlung wird die Einstellung des Verhältnisses der Anfangs- und Maximalpermeabilität der Bänder mit (100): (OOl)-Textur innerhalb weiter Grenzen ermöglicht.

2. Der Effekt der Gallium-Legierung kann durch Zusatz gewisser Mengen eines oder mehrerer weiteren Metalle (z. B. Nickel oder Kupfer) erhöht werden.

Beide Erkenntnisse sind überraschend, da bisher angenommen wurde, daß es zweckmäßig sei, den Gehalt an Verunreinigungen und Legierungsstoffen der Eisen-Silizium-Legierungen zwecks Herstellung von Transformatorbändern mit Würfeltextur möglichst niedrig zu halten, bzw. wurde die Gegenwart aller Legierungsanteile außer Mangan, Aluminium und Silizium als ausgesprochen nachteilig angesehen.

3. Im Falle von Gallium oder einer Legierung von Gallium mit weiteren Metallen kann zum Verhüten eines Auftretens des Zusammcnklcbens der Windungen sowie der Oxydation bzw. Verunreinigurig der Bandonerlläehe bei der Schlußwärmebehandlung das günstigste Irjiebnis durch Zwischenschalten bzw. Einlegen eines Drahtes oder Bundes, bestehend aus einer 0,5 bis 6 Gewichts· Prozent Aluminium enthaltenden Eisenlegierung, erzielt werden.

Die Erfindung bfltrifft ferner ein Verfuhren zur Herstellung solcher kaltgewalzter kohlenisloiTurmcr Transformatorbänder durch Mikrolegieren des Eisen-Silizium-GrundstoiTes, anschließende Warmformung, Entzundern, Kaltwalzen, Zwischenglühen, Fertigwalzen und Schlußwärmebehandlung des erhaltenen Rohblocks, Erfindungsgemäß geht man derart vor, daß vor der letzten GlUhung zwischen den Bandwicklungen ein Draht oder Band, bestehend aus einer 0,5 bis 6,0°/₀ Aluminium enthaltenden Eisenlegierung, als Trennmittel eingelegt wird.

Von den Hauptvortcilen des erfindungsgemiißen Verfahrens seien die folgenden erwähnt:

(a) Gegenüber den bekannten Verfahren zur Erzeugung von Bändern mit (100): (OOl)-Tcxtur ist das erfindungsgemäße Verfahren einfacher und läßt sich mit höheren technologischen Toleranzen durchführen.

(b) Die Anfangs- und Maximalpermeabilität, die koerzitive Kraft und die Induktion sowie der Wattverlust des Bandes können weitgehend verbessert werden.

(c) Etwa 80 bis 90°/₀ der Körnchen befinden sich im Endprodukt in (100): (OOl)-Textur-Lage.

(d) Sowohl Bänder als auch fertige Kerne und Teile können der Schlußwärmebehandlung unterworfen werden.

(e) Das Verfahren kann mittels Anwendung der zum Herstellen von Transformatorbändern mit Goss-Textur benutzten bekannten Anlagen verwirklicht werden.

Nachstehend sind einige Beispiele zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens angeführt.

Beispiel 1

In einem Induktions-Vakuumofen wird eine Eisen-Silizium-Legierung von einem nominellen Gehalt von 3,2°/₀ Silizium, 0,05 °/₀ Ganium und 0,35 °/„ Nickel mit sehr geringem Gehalt an Verunreinigungen aus einem reinen Eiseneinsatz guter Qualität, aus Metallsilizium mit 98,5 °/o übertreffendem Siliziumgehalt und mit einem Aluminiumgehalt unterhalb 0,5 °/₀ sowie aus Metallnickel hergestellt. Die Verunreinigungen der Legierung liegen unter den folgenden Werten: 0,05°/„ Kohlenstoff, 0,015°/₀ Schwefel, 0,03 °/₀ Chrorft·, 0,03 °/₀ Molybdän, 0,03 °/₀ Vanadium, 0,03 °/₀ Wolfram, 0,01 °/₀ Titan und 0,005 °/„ Sauerstoff.

Der Rohblock wird bei einer Ausgangstemperatur von 1100 bis 1150 C bis zu einer Dicke von 3 mm warmgewalzt. Vor dem letzten Walzstich wird die Temperatur des Bandes oberhalb 900 C gehalten.

Von dem warmgewalzten Band wird das Zunder mittels einer schwefelsäurehaltigen Beize entfernt, sodann wird das Band bei 800"C während 2 Stunden in einer nassen Wasserstoffatmosphäre von einem Taupunkt viin i 20 C geglüht. Danach wird das Hand mit mehreren Stichen zu einer Dicke \on O.SO min kaltgewalzt und nach Entfetten während 2 Stunden bei einer Temperatur von 850 C in einer Wassersiollaimosphüre mit einem Taupunkt von 30 C "wiirmebehandelt. Danach wird das Band mit mehreren Stichen bis zu einer Dicke von 0,30 mm kaliueual/t und nach Entfetten während 2 Stunden hei einer

Temperatur von 1000⁰C in einem Vakuum von 10 "Torr wärmebehandelt.

Das Unnd, dessen Oberflilche metallisch rein ist, wird mit polierten Walzen in mehreren Walzstichen bis zu einer Dicke von 0,10 mm kaltgewalzt. Zwischen die Windungen des entfetteten Bandes wird ein geripptes Band mit reiner Oberfläche aus einem l,5°/₀ Aluminium enthaltenden Stahl eingelegt, Die dcrurt vorbereitete Bandspule wird in einem Vakuuroofen bei einem Vakuum von 10"^aTorr derart einer Wärmebehandlung unterworfen, daß das Material während der Erwärmung 2 Stunden lang zwischen 550 und 700⁰C warmgehalten wird, sodann wird die Temperatur auf 10O⁰C erhöht und wührend 20 Stunden bei diesem Wert gehalten. Nach Beendigen der Wärmebehandlung wird die Charge mit dem Ofen zusammen bis zu 500¹C gekühlt. 85% der Körner des so erzeugten Bandes sind in (100): (OOl)-Textur-Lage: die Anfangspermeabilität μ₆ des Bandes beträgt 4200 G/Oe, die Maximalpermeabilität 45 000 G/Oe.

Beispiel 2

Die Anfangspermeabilitflt μ_ί des so erhaltenen Bandes beträgt 4000 G/Oe, die Maximalpermeabilitäl 38 000 G/Oe.

Beispiel 4

Man geht wie im Beispiel 1 beschrieben vor, jedoch wird die letzte Wärmebehandlung bei HOO⁰C während 5 Stunden durchgeführt.

Die Anfangspermeabilität («β des so erhaltenen xo Bandes belauft sich auf 3300 G/Oe, die Maximalpermeabilität auf 24 500 G/Oe.

Beispiel 5

>5 Man geht wie im Beispiel 1 beschrieben vor, jedoch wird die letzte Wärmebehandlung in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre (Taupunkt unterhalb -5O⁰C) bei 1200° C derart durchgeführt, daß diese Temperatur während 20 Stunden aufrechterhalten wird. Man

ao erhält in dieser Weise ein Band, dessen Anfangspermeabililät 3700 G/Oe und die Maximalpermeabilität 37 000 G/Oe beträgt.

Ein aus einem Rohblock, dessen Zusammensetzung jenem nach Beispiel 1 entspricht, gemäß Beispiel 1 zu 3 mm kaltgewalztes Band, wird in einer schwefelsäurehaltigen Beize entzundert und sodann bei 800⁰C während 2 Stunden in einer nassen Wasserstoffatmosphäre mit einem Taupunkt von +2O⁰C einer Wärmebehandlung unterworfen. Danach wird das Band mit mehreren Walzstichen zu bis 1,0 mm kaltgewalzt und nach Entfetten während 2 Stunden bei einer Temperatur von 85O⁰C in einer Wasserstoffatmosphäre mit einem Taupunkt von — 30⁰C wärrnebehandelt. Danach wird das Band mit mehreren Stichen bis zu einer Dicke von 0,45 mm gewalzt und dann — nach Entfetten — während 2 Stunden in einem Vakuum von 10 ³Torr bei einer Temperatur von 1000⁰C einer Wärmebehandlung unterworfen.

Das Band, dessen Oberfläche metallisch rein ist, wird mit polierten Walzrollen in mehreren Walzstichen bis zu einer Dicke von 0,20 mm kalt fertiggewalzt. Des weiteren geht man nach Beispiel 1 vor.

Die Anfangspermeabilität μ₆ des derart erzeugten Bandes beträgt 4100 G/Oe, die Maximalpermeabilität 37 000 G/Oe.

Beispiel 3

Man geht wie im Beispiel 1 beschrieben vor, jedoch wird der Siliziumgehalt der Legierung auf 2,6 Gewichtsprozent, der Nickelgehalt auf 0,30 Gewichtsprozent und der Galliumgehalt auf 0,05 Gewichtsprozent eingestellt.

Beispiel 6

Man geht wie im Beispiel 1 beschrieben vor, nur werden aus dem Band vor der letzten Wärmebehandlung die gewünschten Kernbleche ausgeschnitten und die Wärmebehandlung derart durchgeführt, daß die Kernbleche während der Abkühlung beim Erreichen von 700° C der Einwirkung eines magnetischen Feldes mit einer Feldstärke von 10 bis 20 Oe ausgesetzt werden. Die Anfangspermeabilität μ& der so gefertigten Kernbleche beträgt 4000 G/Oe, ihre Maximalpermeabilität 63 000 G/Oe.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Kaltgewalztes, kohlenstoffarmes Transformatorenband mit (100): (OOl)-Textur aus einer Eisen-Silizium-Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe aus höchstens 4°/₀ Silizium, 0,0001 bis 0,20 °/₀, vorzugsweise 0,04 bis 0,06 °/₀ Gallium, 0 bis 0,5 °/₀, vorzugsweise 0,2 bis 0,4 °/₀ Nickel, 0 bis 0,5 °/„, vorzugsweise 0,2 bis 0,3 °/₀ Kupfer, Rest Eisen besteht.

2. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten, kohlenstoffarmen Transformatorbandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der letzten Glühung zwischen den Bandwicklungen ein Draht oder Band, bestehend aus einer 0,5 bis 6,0°/o Aluminium enthaltenden Eisenlegierung, als Trennmittel eingelegt wird.